專利名稱：微機(jī)電系統(tǒng)壓力傳感器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，尤其涉及微機(jī)電系統(tǒng)壓力傳感器及其 制作方法。
背景技術(shù)：
微機(jī)電系統(tǒng)是一種集成了微電子電路和微機(jī)械制動(dòng)器的微小器件，可以 利用傳感器接收外部信息，將轉(zhuǎn)換出來的信號(hào)經(jīng)電路處理放大，再由致動(dòng)器 變?yōu)闄C(jī)械操作，去執(zhí)行信息命令?？梢哉f，微機(jī)電系統(tǒng)是一種獲取、處理信 息和執(zhí)行機(jī)械操作的集成器件。
現(xiàn)有的微機(jī)電系統(tǒng)壓力傳感器根據(jù)上述原理，通過敏感膜接收外部的氣 體壓力，然后再轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，測量出具體的壓力信息。
現(xiàn)有制作孩i機(jī)電系統(tǒng)壓力傳感器的工藝流程，如圖1所示，提供半導(dǎo)體襯
底100，所述半導(dǎo)體襯底100為N型硅襯底；在半導(dǎo)體襯底100的第一表面101 上用熱氧化法或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法形成氧化硅層102;用旋涂法在 氧化硅層102上形成第一光刻膠層104，對(duì)第一光刻膠層104進(jìn)行曝光顯影工 藝，定義敏感電阻圖形；以第一光刻膠層104為掩膜，用干法蝕刻法方法沿敏 感電阻圖形刻蝕氧化硅層102至露出半導(dǎo)體襯底100,形成開口106,與后續(xù)形 成的敏感電阻位置對(duì)應(yīng)。
如圖2所示，用灰化法去除第一光刻膠層104;沿開口106向半導(dǎo)體襯底100 中注入P型離子，形成^t感電阻108，所述注入的P型離子為硼離子。
如圖3所示，用磁控淺射法在氧化硅層102上形成導(dǎo)電層，且所述導(dǎo)電層的 導(dǎo)電物質(zhì)填充滿開口106，與敏感電阻108連通，所述導(dǎo)電層的材料為鋁或金；在導(dǎo)電層上涂覆第二光刻膠層(圖未示)，經(jīng)過曝光顯影工藝，定義出電極
圖形；以第二光刻膠層為掩膜，蝕刻導(dǎo)電層至露出氧化硅層102,形成連接敏 感電阻108的電極110;灰化法去除第二光刻膠層；在與半導(dǎo)體襯底100的第一 表面101相對(duì)的第二表面111上形成第三光刻膠層(圖未示)，經(jīng)過曝光顯影 工藝，定義出壓力腔開口圖形；以第三光刻膠層為掩膜，沿壓力腔圖形，用 濕法蝕刻法腐蝕半導(dǎo)體襯底100至壓力傳感器量程對(duì)應(yīng)的厚度，作為壓力傳感 器的敏感膜，形成壓力腔開口112，所述濕法蝕刻采用的溶液為氫氧化鉀 (KOH)、四曱基氫氧化銨(TMAH)或乙二胺-鄰苯二酚-水(EPW)。
如圖4所示，在真空條件下，將半導(dǎo)體襯底100的第二表面111與硅基底層 114進(jìn)行鍵合，形成壓力腔116,所述硅基底層114是硅玻璃或單晶硅等。
在中國專利申請(qǐng)03104784還可以發(fā)現(xiàn)更多與上述技術(shù)方案相關(guān)的信息， 用濕法蝕刻法形成壓力腔。
現(xiàn)有技術(shù)在制作壓力腔開口的過程中，用氫氧化鉀(KOH)、四曱基氬 氧化銨(TMAH)或乙二胺-鄰苯二酚-水(EPW)溶液刻蝕半導(dǎo)體襯底，由于 濕法腐蝕的速度的均勻性很難控制，使敏感膜的厚度均勻性不能得到精確的 控制，進(jìn)而影響敏感電阻與壓力腔的位置和敏感膜的厚度達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求， 使壓力傳感器的靈每文度和線性度受到影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種微機(jī)電系統(tǒng)壓力傳感器的制作方法，防止 壓力傳感器的靈敏度和線性度受到影響。
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種微機(jī)電系統(tǒng)壓力傳感器的制作方法， 包括下列步驟在半導(dǎo)體襯底上形成壓力腔開口；在半導(dǎo)體襯底上鍵合絕緣 體上硅基片，形成壓力腔，所述絕緣體上硅基片包括頂層硅層、埋氧層和襯 底硅層，其中頂層硅與半導(dǎo)體襯底鍵合；去除襯底硅層至露出埋氧層；在埋
5氧層上形成氧化硅層；蝕刻氧化硅層和埋氧層至露出頂層硅層，形成與后續(xù) 敏感電阻位置對(duì)應(yīng)的開口；沿開口向頂層硅層注入離子，形成壽文感電阻；在 氧化硅層上形成導(dǎo)電層，且導(dǎo)電層填充滿開口，形成與敏感電阻連通的電極。 可選的，所述壓力腔開口的深度為后續(xù)加壓時(shí)，頂層硅層有釋放的空間。 所述頂層硅層為N型硅。
可選的，向頂層硅層注入的離子為P型離子。所述P型離子為硼離子。 可選的，形成導(dǎo)電層的方法為磁控濺射法。所述導(dǎo)電層的材料為鋁或金。 本發(fā)明提供一種微機(jī)電系統(tǒng)壓力傳感器，包括半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo) 體襯底內(nèi)的壓力腔；絕緣體上硅基片中的頂層硅層，與半導(dǎo)體襯底鍵合，覆 蓋壓力腔；絕緣體上硅基片中的埋氧層，位于頂層硅層上；位于埋氧層上的 氧化硅層；開口，貫穿氧化硅層和埋氧層至露出頂層硅層；敏感電阻，位于 頂層硅層中，與開口位置對(duì)應(yīng)；電極，位于開口內(nèi)和氧化硅層上，與壽丈感電 阻連通。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述方案具有以下優(yōu)點(diǎn)在半導(dǎo)體襯底上形成壓力腔開 口后，鍵合絕緣體上硅基片，形成壓力腔；去除絕緣體上硅基片襯底硅層至 露出埋氧層。由于作為敏感膜的頂層硅層的厚度在形成絕緣體上硅基片時(shí)已 定義好，保證了敏感膜的均勻性。同時(shí)，敏感電阻的位置在形成了壓力腔后 再進(jìn)行定義，避免了敏感電阻與壓力腔位置因敏感膜厚度變化而變化。因此 上述方案的敏感膜厚度和敏感電阻位置可以精確控制，從而提高壓力傳感器 的靈敏度和線性度。


圖1至圖4是現(xiàn)有技術(shù)制作箱t機(jī)電系統(tǒng)壓力傳感器的示意圖5是本發(fā)明制作微機(jī)電系統(tǒng)壓力傳感器的具體實(shí)施方式
流程圖6至圖ll是本發(fā)明制作微機(jī)電系統(tǒng)壓力傳感器的實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明在半導(dǎo)體襯底上形成壓力腔開口后，在半導(dǎo)體襯底上鍵合絕緣體上
硅基片，形成壓力腔；去除絕緣體上硅基片襯底硅層至露出埋氧層。由于作 為敏感膜的頂層硅層的厚度已經(jīng)由絕緣體上硅基片本身所定義，保證了敏感 膜的均勻性。同時(shí)，敏感電阻與壓力腔的位置在形成完壓力腔后再進(jìn)行定義， 避免了敏感電阻位置因敏感膜厚度變化而變化。因此上述方案的敏感膜厚度 和敏感電阻位置可以精確控制，從而提高壓力傳感器的靈敏度和線性度。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì) 本發(fā)明的具體實(shí)施方式
估丈詳細(xì)的說明。
圖5是本發(fā)明制作凝:機(jī)電系統(tǒng)壓力傳感器的具體實(shí)施方式
流程圖。參考 圖5所示，執(zhí)行步驟S101,在半導(dǎo)體襯底上形成壓力腔開口；執(zhí)行步驟S102, 在半導(dǎo)體襯底上鍵合絕緣體上硅基片，形成壓力腔，所述絕緣體上硅基片包
括頂層硅層、埋氧層和襯底硅層，其中頂層硅與半導(dǎo)體襯底鍵合；執(zhí)行步驟 S103,去除襯底硅層至露出埋氧層；執(zhí)行步驟S104，在埋氧層上形成氧化硅 層；執(zhí)行步驟S105,蝕刻氧化硅層和埋氧層至露出頂層硅層，形成與后續(xù)敏 感電阻位置對(duì)應(yīng)的開口；執(zhí)行步驟S106,沿開口向頂層硅層注入離子，形成 每丈感電阻；執(zhí)行步驟S107，在氧化硅層上形成導(dǎo)電層，且導(dǎo)電層填充滿開口， 形成與每丈感電阻連通的電^L
基于上述實(shí)施方式，形成的微機(jī)電系統(tǒng)壓力傳感器，包括半導(dǎo)體襯底； 位于半導(dǎo)體襯底內(nèi)的壓力腔；絕緣體上硅基片中的頂層硅層，與半導(dǎo)體襯底 鍵合，覆蓋壓力腔；絕緣體上硅基片中的埋氧層，位于頂層硅層上；位于埋 氧層上的氧化硅層；開口，貫穿氧化硅層和埋氧層至露出頂層硅層；敏感電 阻，位于頂層硅層中，與開口位置對(duì)應(yīng)；電極，位于開口內(nèi)和氧化硅層上， 與每丈感電阻連通。
圖6至圖ll是本發(fā)明制作微機(jī)電系統(tǒng)壓力傳感器的實(shí)施例示意圖。如圖
76所示，在半導(dǎo)體襯底200上用旋涂法形成第一光刻膠層202;然后，用本領(lǐng) 域技術(shù)人員公知的曝光及顯影工藝，在第一光刻膠層202上形成壓力腔開口 圖形；以第一光刻膠層202為掩膜，沿壓力腔圖形，用干法蝕刻方法刻蝕半 導(dǎo)體襯底200,形成壓力腔開口 204,所述壓力腔開口 204的深度為后續(xù)加壓 時(shí)，敏感膜有釋放的空間，即敏感膜不會(huì)與壓力腔的敏感膜相對(duì)面接觸。
如圖7所示，用灰化法去除第一光刻膠層202;在半導(dǎo)體襯底200上鍵合 絕緣體上硅基片205，形成壓力腔206，所述絕緣體上硅基片205包括三層， 依次為頂層^5圭層207、埋氧層208及襯底^ 圭層209，其中頂層> 圭層207與半導(dǎo) 體襯底200鍵合；所述頂層硅層207為N型硅，作為壓力傳感器的敏感膜， 所述埋氧層208材料為氧化硅。本實(shí)施例中，絕緣體上硅基片205各層的厚 度及鍵合絕緣體上硅基片205的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，其中作為敏 感膜的頂層硅層207的厚度由壓力傳感器的量程決定。
本實(shí)施例中，作為敏感膜的頂層硅層207的厚度在形成絕緣體上硅基片 205時(shí)已定義好，避免了現(xiàn)有技術(shù)由氫氧化鉀(KOH)、四曱基氫氧化銨 (TMAH)或EPW溶液腐蝕形成敏感膜而導(dǎo)致均勻性問題，從而也提高了壓 力傳感器的靈每文度和線性度。
如圖8所示，用減薄工藝使襯底硅層209厚度變??；然后，用干法蝕刻 法或濕法蝕刻法刻蝕剩余的襯底硅層209至露出埋氧層208。
如圖9所示，用化學(xué)氣相沉積方法在埋氧層208上形成氧化硅層210,所 述埋氧層208及氧化硅層210的作用為后續(xù)形成的金屬層與作為敏感膜的頂 層硅層207之間的隔離層；在氧化硅層210上涂覆第二光刻膠層212,用本領(lǐng) 域技術(shù)人員公知的曝光及顯影工藝，定義出敏感電阻圖形；以第二光刻膠層 212為掩膜，沿敏感電阻圖形，用干法蝕刻法刻蝕氧化硅層210和埋氧層208 至露出頂層硅層207，在氧化硅層210和埋氧層208中形成開口 213，所述開口 213與后續(xù)形成的敏感電阻位置對(duì)應(yīng)。
如圖IO所示，繼續(xù)以第二光刻膠層212為掩膜，沿開口213,向頂層硅 層207中注入離子，形成敏感電阻214。
本實(shí)施例中，注入的離子為P型離子，具體為硼離子。
本實(shí)施例中，敏感電阻214的位置在形成完壓力腔206后再進(jìn)行定義，避 免了敏感電阻214位置因敏感膜厚度變化而變化，使敏感電阻214位置可以精 確控制，從而提高壓力傳感器的靈敏度和線性度。
如圖11所示，灰化法去除第二光刻膠層214;用磁控濺射法在氧化硅層 210上形成導(dǎo)電層，且所述導(dǎo)電層的導(dǎo)電物質(zhì)填充滿開口 213，與敏感電阻214 連通，所述導(dǎo)電層的材料為鋁或金；在導(dǎo)電層上涂覆第三光刻膠層(圖未示)， 經(jīng)過曝光顯影工藝，定義出電極圖形；以第三光刻膠層為掩膜，蝕刻導(dǎo)電層 至露出氧化硅層210,形成連接敏感電阻214的電極216;最后，用灰化法去 除第三光刻膠層。
基于上述實(shí)施例，形成的微機(jī)電系統(tǒng)壓力傳感器，包括半導(dǎo)體襯底200; 位于半導(dǎo)體襯底200內(nèi)的壓力腔206;絕緣體上硅基片205中的頂層硅層207, 與半導(dǎo)體襯底200鍵合，覆蓋壓力腔206;絕緣體上硅基片205中的埋氧層 208，位于頂層硅層207上；位于埋氧層208上的氧化硅層210;開口 213, 貫穿氧化硅層210和埋氧層208至露出頂層硅層207;敏感電阻214,位于頂 層硅層207中，與開口 213位置對(duì)應(yīng)；電極216,位于開口 213內(nèi)和氧化石圭層 210上，與l文感電阻214連通。
本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā) 明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍 應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
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權(quán)利要求
1. 一種微機(jī)電系統(tǒng)壓力傳感器的制作方法，其特征在于，包括下列步驟在半導(dǎo)體襯底中形成壓力腔開口；在半導(dǎo)體襯底上鍵合絕緣體上硅基片，形成壓力腔，所述絕緣體上硅基片包括頂層硅層、埋氧層和襯底硅層，其中頂層硅與半導(dǎo)體襯底鍵合；去除襯底硅層至露出埋氧層；在埋氧層上形成氧化硅層；蝕刻氧化硅層和埋氧層至露出頂層硅層，形成與后續(xù)敏感電阻位置對(duì)應(yīng)的開口；沿開口向頂層硅層注入離子，形成敏感電阻；在氧化硅層上形成導(dǎo)電層，且導(dǎo)電層填充滿開口，形成與敏感電阻連通的電極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述微機(jī)電系統(tǒng)壓力傳感器的制作方法，其特征在于，所 述壓力腔開口的深度為后續(xù)加壓時(shí)，頂層硅層有釋放的空間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述纟敫機(jī)電系統(tǒng)壓力傳感器的制作方法，其特征在于，所 述頂層硅層為N型硅。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述微機(jī)電系統(tǒng)壓力傳感器的制作方法，其特征在于，向 頂層硅層注入的離子為P型離子。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述微機(jī)電系統(tǒng)壓力傳感器的制作方法，其特征在于，所 述P型離子為硼離子。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述微機(jī)電系統(tǒng)壓力傳感器的制作方法，其特征在于，形 成導(dǎo)電層的方法為-茲控'踐射法。
7. 才艮據(jù)權(quán)利要求6所述孩^幾電系統(tǒng)壓力傳感器的制作方法，其特征在于，所 述導(dǎo)電層的材料為鋁或金。
8. —種微機(jī)電系統(tǒng)壓力傳感器，包括半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)體襯底內(nèi)的壓力腔，其特征在于，還包括絕緣體上硅基片中的頂層硅層，與半導(dǎo)體襯底鍵合，覆蓋壓力腔；絕緣體 上硅基片中的埋氧層，位于頂層硅層上；位于埋氧層上的氧化硅層；開口， 貫穿氧化硅層和埋氧層至露出頂層硅層；敏感電阻，位于頂層硅層中，與 開口位置對(duì)應(yīng)；電極，位于開口內(nèi)和氧化硅層上，與敏感電阻連通。
全文摘要
一種微機(jī)電系統(tǒng)壓力傳感器的制作方法，包括下列步驟在半導(dǎo)體襯底中形成壓力腔開口；在半導(dǎo)體襯底上鍵合絕緣體上硅基片，形成壓力腔，所述絕緣體上硅基片包括頂層硅層、埋氧層和襯底硅層，其中頂層硅與半導(dǎo)體襯底鍵合；去除襯底硅層至露出埋氧層；在埋氧層上形成氧化硅層；蝕刻氧化硅層和埋氧層至露出頂層硅層，形成與后續(xù)敏感電阻位置對(duì)應(yīng)的開口；沿開口向頂層硅層注入離子，形成敏感電阻；在氧化硅層上形成導(dǎo)電層，且導(dǎo)電層填充滿開口，形成與敏感電阻連通的電極。本發(fā)明還提供一種微機(jī)電系統(tǒng)壓力傳感器。本發(fā)明的敏感膜厚度和敏感電阻位置可以精確控制，從而提高壓力傳感器的靈敏度和線性度。
文檔編號(hào)B81C1/00GK101450786SQ20071009440
公開日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2007年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
發(fā)明者蓓 劉 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司